(57)【要約】【課題】分散性の高い微粒子を混合することで光線透過率を高くすることができる熱可塑性複合材料、光学素子及び熱可塑性複合材料の製造方法とする。【解決手段】熱可塑性複合材料において、メタノール滴定試験による疎水化度が５０％以上であり、粒子径が１ｎｍ以上３０ｎｍ以下である微粒子をシクロオレフィン系ポリマーに混合して得られるものとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタノール滴定試験による疎水化度が５０％以上であり、粒子径が１ｎｍ以上３０ｎｍ以下である微粒子をシクロオレフィン系ポリマーに混合して得られることを特徴とする熱可塑性複合材料。
【請求項２】
前記微粒子は、シラザン、一官能のシランカップリング剤、シリルクロライドにおいて表面処理を行った微粒子のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の熱可塑性複合材料。
【請求項３】
前記シリルクロライドは、トリメチルクロロシラン、トリエチルクロロシラン、タートブチルジメチルクロロシランのいずれかであることを特徴とする請求項２に記載の熱可塑性複合材料。
【請求項４】
前記シランカップリング剤は、トリメチルシリルアルコール、一官能のシリコンオイルのいずれかであることを特徴とする請求項２に記載の熱可塑性複合材料。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱可塑性複合材料から構成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項６】
メタノール滴定試験による疎水化度が５０％以上であり、粒子径が１ｎｍ以上３０ｎｍ以下である微粒子をシクロオレフィン系ポリマーに混合して得ることを特徴とする熱可塑性複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性複合材料、光学素子及び熱可塑性複合材料の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＯ、ＣＤ、ＤＶＤといった光情報記録媒体（以下、単に媒体ともいう）に対して、情報の読み取りや記録を行うプレーヤー、レコーダー、ドライブといった情報機器には、光ピックアップ装置が備えられている。光ピックアップ装置は、光源から発した所定波長の光を媒体に照射し、反射した光を受光素子で受光する光学素子ユニットを備えており、光学素子ユニットはこれらの光を媒体の反射層や受光素子で集光させるためのレンズ等の光学素子を有している。
【０００３】
光ピックアップ装置の光学素子は、射出成形等の手段により安価に作製できる等の点で、プラスチックを材料として適用することが好ましい。光学素子に適用可能なプラスチックとしては、環状オレフィンとα−オレフィンの共重合体等が知られている。
【０００４】
ところで、例えば、ＣＤ／ＤＶＤプレーヤーのような、複数種の媒体に対して情報の読み書きが可能な情報機器の場合、光ピックアップ装置は、両者の媒体の形状や適用する光の波長の違いに対応した構成とする必要がある。この場合、光学素子ユニットはいずれの媒体に対しても共通とすることがコストやピックアップ特性の観点から好ましい。
【０００５】
一方、プラスチックを材料として適用した光学素子ユニットにおいては、ガラスレンズのような光学的安定性を有する物質であることが求められている。例えば、環状オレフィンのような光学的プラスチック物質は、湿度に関して大幅に改善された屈折率の安定性を有するのに対し、温度に対する屈折率の安定性の改良が未だ十分でないのが現状である。
【０００６】
上記のようなプラスチックレンズの光学的屈折率の温度変化、また、プラスチックの熱膨張率を抑える方法の１つとして、光学的プラスチック物質に微粒子を分散させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、特許文献１に示されているように十分な物性を得るには、多量の無機微粒子を分散させる必要がある。しかも、光学的プラスチック物質の用途に用いるためには一般的に高い透明性が必要となることから、光散乱を防ぐために、微細な粒子径で分散されている必要がある。したがって、高い分散性が必要となる。
【０００７】
微粒子の粉体の分散性を高める手段としては、サンドグラインダーミルで湿式粉砕処理することにより、微粒子粉体を粉砕しつつ、有機化合物で微粒子の表面処理を行い、微粒子粉体の分散性を改良する事が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
また、表面処理剤存在下で、粉砕し粉砕と同時に粉体表面を処理する方法も提案されている（例えば、特許文献３〜５参照）。
【特許文献１】特開２００２−２４１５９２号公報
【特許文献２】特開平７−１０８１５６号公報
【特許文献３】特開昭６１−２７６９０２号公報
【特許文献４】特開昭６２−５１６０９号公報
【特許文献５】特開平３−６４７６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、実際には、特許文献２のようにサンドグラインダーミルでサブミクロンまで粒子を粉砕することは難しかった。また、この手法で表面処理したスラリーを乾燥して、粉体を利用しようとした場合、強い凝集がおこり問題となった。この凝集体をジェット気流式粉砕機や衝撃式粉砕機を用いて粉砕を行い、サブミクロンまで一時的に粉砕したとしても、すぐに凝集が始まり、問題となっていた。
また、特許文献３〜５のような乾式の表面処理では表面処理中の粒子の再凝集が大きく均一な処理は困難であった。
【０００９】
また、粒子の径が小さくなればなるほど、粒子の凝集は激しくなる傾向があるが、特に、樹脂中で高分散させるためには、混練前の粉体の状態が重要である。そこで、粒子同士の凝集を抑えようと通常のカップリング剤を用いると、確かに凝集の程度は改善されるが、十分ではなかった。そのため、これらの粉体を混練した樹脂の光線透過率は小さく、実用に耐えうるものではなかった。
【００１０】
ここで、近年、遠心分離を用いたビーズミルを用いて、０．０５ｍｍのビーズを用いて粒子の粉砕を行いながら鋭意選択された表面処理剤により表面処理を行うことにより、サブミクロンで粒子を分散することができるようになった。これにより、一次粒子径に近い状態の粒子に表面処理を行う事が可能となり、高分散性の粒子を可能であると考え検討を行った。しかし、このスラリーを乾燥させることによる粉体の凝集が激しいと言う問題があった。この凝集について鋭意検討を行ったところ、多官能のシランカップリング剤は粒子の表面に付着した後も反応性の官能基を保持しているものが残っており、これが粒子間の凝集体の原因となっていることが判明した。これは、一般的な２官能、３官能のシランカップリング剤は粒子の表面と一つの官能基が反応したあとも活性な官能基が残っておりこれが凝集体形成の原因となっていることが判明した。とくに、粒子の粒径が小さくなるにしたがって、この凝集は激しくなることが確認された。したがって、表面処理に用いるカップリング剤を一官能のものとすることで、再凝集することの少ない超微粒子の粉体を得ることができることがわかった。
【００１１】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、分散性の高い微粒子を混合することで光線透過率を高くすることができる熱可塑性複合材料、光学素子及び熱可塑性複合材料の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、熱可塑性複合材料において、
メタノール滴定試験による疎水化度が５０％以上であり、粒子径が１ｎｍ以上３０ｎｍ以下である微粒子をシクロオレフィン系ポリマーに混合して得られることを特徴としている。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱可塑性複合材料において、
前記微粒子は、シラザン、一官能のシランカップリング剤、シリルクロライドにおいて表面処理を行った微粒子のいずれかであることを特徴としている。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の熱可塑性複合材料において、
前記シリルクロライドは、トリメチルクロロシラン、トリエチルクロロシラン、タートブチルジメチルクロロシランのいずれかであることを特徴としている。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の熱可塑性複合材料において、
前記シランカップリング剤は、トリメチルシリルアルコール、一官能のシリコンオイルのいずれかであることを特徴としている。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、光学素子において、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱可塑性複合材料から構成されていることを特徴としている。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、熱可塑性複合材料の製造方法において、
メタノール滴定試験による疎水化度が５０％以上であり、粒子径が１ｎｍ以上３０ｎｍ以下である微粒子をシクロオレフィン系ポリマーに混合して得ることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、微粒子が、一次粒子に近い状態で表面処理されており、樹脂中での分散性に優れる。また、粉体として取り出した際も、官能基が一つしかない表面処理剤を用いているために粉砕後の再凝集が起こり難く。混練時の粒子の分散性に優れている。また、一次粒子に近い状態で表面処理されているため、熱履歴を経ても粒子同士が樹脂中で凝集することがなく優れた透明性を保つ。
これにより、分散性の高い微粒子を混合することで光線透過率を高くすることができる熱可塑性複合材料、光学素子及び熱可塑性複合材料の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲は以下の実施形態及び図示例に限定されるものではない。
【００２０】
本実施形態の熱可塑性複合材料は、光学樹脂として用いられるものであり、メタノール滴定試験による疎水化度が５０％以上であり、粒子径が１ｎｍ以上３０ｎｍ以下である微粒子をシクロオレフィン系ポリマーに混合して得られるものである。
【００２１】
前記シクロオレフィン系ポリマーとしては、モノマーとしてノルボルネンを用いている日本ゼオン（株）製のゼオネックス、三井化学（株）製のトーパス、ＪＳＲ（株）アートンなどが挙げられる。これらのポリマーは、一般的な汎用ポレオレフィンと比較して水分透過率が低く、またガラス転移温度が高いことから熱安定性に優れていることが知られている。ただし、本発明の熱可塑性複合材料に用いることができるものとしては、これらの樹脂に限定されるものではない。
【００２２】
前記微粒子としては無機微粒子を用いる。
無機微粒子としては、例えば、酸化物微粒子、硫化物微粒子、セレン化物微粒子、テルル化物微粒子、燐化物、複酸化物微粒子、オキソ酸塩微粒子、複塩微粒子、錯塩微粒子等が挙げられる。より具体的には、例えば、シリカ、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化インジウム、酸化錫、酸化鉛、これら酸化物より構成される複酸化物であるニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸リチウム等、これら酸化物との組み合わせで形成されるリン酸塩、硫酸塩等、硫化亜鉛、硫化カドミウム、セレン化亜鉛、セレン化カドミウム、等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００２３】
また、無機微粒子としては、半導体結晶組成の微粒子も好ましく利用できる。該半導体結晶組成には、特に制限はないが、光学素子として使用する波長領域において吸収、発光、蛍光等が生じないものが望ましい。具体的な組成例としては、例えば、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、錫等の周期表第１４族元素の単体、リン（黒リン）等の周期表第１５族元素の単体、セレン、テルル等の周期表第１６族元素の単体、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の複数の周期表第１４族元素からなる化合物、酸化錫（IV）（ＳｎＯ２）、硫化錫（II、IV）（Ｓｎ（II）Ｓｎ（IV）Ｓ３）、硫化錫（IV）（ＳｎＳ２）、硫化錫（II）（ＳｎＳ）、セレン化錫（II）（ＳｎＳｅ）、テルル化錫（II）（ＳｎＴｅ）、硫化鉛（II）（ＰｂＳ）、セレン化鉛（II）（ＰｂＳｅ）、テルル化鉛（II）（ＰｂＴｅ）等の周期表第１４族元素と周期表第１６族元素との化合物、窒化ホウ素（ＢＮ）、リン化ホウ素（ＢＰ）、砒化ホウ素（ＢＡｓ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、リン化アルミニウム（ＡｌＰ）、砒化アルミニウム（ＡｌＡｓ）、アンチモン化アルミニウム（ＡｌＳｂ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、アンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、砒化インジウム（ＩｎＡｓ）、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）等の周期表第１３族元素と周期表第１５族元素との化合物（あるいはIII−Ｖ族化合物半導体）、硫化アルミニウム（Ａｌ２Ｓ３）、セレン化アルミニウム（Ａｌ２Ｓｅ３）、硫化ガリウム（Ｇａ２Ｓ３）、セレン化ガリウム（Ｇａ２Ｓｅ３）、テルル化ガリウム（Ｇａ２Ｔｅ３）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、硫化インジウム（Ｉｎ２Ｓ３）、セレン化インジウム（Ｉｎ２Ｓｅ３）、テルル化インジウム（Ｉｎ２Ｔｅ３）等の周期表第１３族元素と周期表第１６族元素との化合物、塩化タリウム（Ｉ）（ＴｌＣｌ）、臭化タリウム（Ｉ）（ＴｌＢｒ）、ヨウ化タリウム（Ｉ）（ＴｌＩ）等の周期表第１３族元素と周期表第１７族元素との化合物、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、硫化水銀（ＨｇＳ）、セレン化水銀（ＨｇＳｅ）、テルル化水銀（ＨｇＴｅ）等の周期表第１２族元素と周期表第１６族元素との化合物（あるいはII〜VI族化合物半導体）、硫化砒素（III）（Ａｓ２Ｓ３）、セレン化砒素（III）（Ａｓ２Ｓｅ３）、テルル化砒素（III）（Ａｓ２Ｔｅ３）、硫化アンチモン（III）（Ｓｂ２Ｓ３）、セレン化アンチモン（III）（Ｓｂ２Ｓｅ３）、テルル化アンチモン（III）（Ｓｂ２Ｔｅ３）、硫化ビスマス（III）（Ｂｉ２Ｓ３）、セレン化ビスマス（III）（Ｂｉ２Ｓｅ３）、テルル化ビスマス（III）（Ｂｉ２Ｔｅ３）等の周期表第１５族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化銅（Ｉ）（Ｃｕ２Ｏ）、セレン化銅（Ｉ）（Ｃｕ２Ｓｅ）等の周期表第１１族元素と周期表第１６族元素との化合物、塩化銅（Ｉ）（ＣｕＣｌ）、臭化銅（Ｉ）（ＣｕＢｒ）、ヨウ化銅（Ｉ）（ＣｕＩ）、塩化銀（ＡｇＣｌ）、臭化銀（ＡｇＢｒ）等の周��表第１１族元素と周期表第１７族元素との化合物、酸化ニッケル（II）（ＮｉＯ）等の周期表第１０族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化コバルト（II）（ＣｏＯ）、硫化コバルト（II）（ＣｏＳ）等の周期表第９族元素と周期表第１６族元素との化合物、四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）、硫化鉄（II）（ＦｅＳ）等の周期表第８族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化マンガン（II）（ＭｎＯ）等の周期表第７族元素と周期表第１６族元素との化合物、硫化モリブデン（IV）（ＭｏＳ２）、酸化タングステン（IV）（ＷＯ２）等の周期表第６族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化バナジウム（II）（ＶＯ）、酸化バナジウム（IV）（ＶＯ２）、酸化タンタル（Ｖ）（Ｔａ２Ｏ５）等の周期表第５族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化チタン（ＴｉＯ２、Ｔｉ２Ｏ５、Ｔｉ２Ｏ３、Ｔｉ５Ｏ９等）等の周期表第４族元素と周期表第１６族元素との化合物、硫化マグネシウム（ＭｇＳ）、セレン化マグネシウム（ＭｇＳｅ）等の周期表第２族元素と周期表第１６族元素との化合物、酸化カドミウム（II）クロム（III）（ＣｄＣｒ２Ｏ４）、セレン化カドミウム（II）クロム（III）（ＣｄＣｒ２Ｓｅ４）、硫化銅（II）クロム（III）（ＣｕＣｒ２Ｓ４）、セレン化水銀（II）クロム（III）（ＨｇＣｒ２Ｓｅ４）等のカルコゲンスピネル類、バリウムチタネート（ＢａＴｉＯ３）等が挙げられる。なお、Ｇ．Ｓｃｈｍｉｄら；Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．，４巻，４９４頁（１９９１）に報告されている（ＢＮ）７５（ＢＦ２）１５Ｆ１５や、Ｄ．Ｆｅｎｓｋｅら；Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．Ｅｎｇｌ．，２９巻，１４５２頁（１９９０）に報告されているＣｕ１４６Ｓｅ７３（トリエチルホスフィン）２２のように構造の確定されている半導体クラスターも同様に例示される。
【００２４】
これらの微粒子は、１種類の無機微粒子を用いてもよく、また複数種類の無機微粒子を併用してもよい。また、複合組成の無機微粒子を用いることも可能である。
【００２５】
また、発明者らの研究により、比較的屈折率の低い微粒子を分散させることで、熱可塑性樹脂組成物のｄｎ／ｄＴを効果的に小さくすることができることがわかった。屈折率が低い微粒子を分散した熱可塑性樹脂組成物の｜ｄｎ／ｄＴ｜が小さくなる理由について、詳細はわかっていないものの、樹脂組成物における無機微粒子の体積分率の温度変化が、微粒子の屈折率が低いほど、樹脂組成物の｜ｄｎ／ｄＴ｜を小さくする方向に働くのではないかと考えられる。比較的屈折率が低い微粒子としては、例えばシリカ（酸化ケイ素）、炭酸カルシウム、リン酸アルミニウムが好ましく用いられる。
熱可塑性樹脂組成物のｄｎ／ｄＴの低減効果、光透過性、所望の屈折率等を全て同時に向上させることは困難であり、熱可塑性樹脂に分散させる微粒子は、熱可塑性樹脂組成物に求める特性に応じて、微粒子自体のｄｎ／ｄＴの大きさ、微粒子のｄｎ／ｄＴと母材となる熱可塑性樹脂のｄｎ／ｄＴとの差、及び微粒子の屈折率等を考慮して適宜選択することができる。更に、母材となる熱可塑性樹脂との相性、即ち、熱可塑性樹脂に対する分散性、散乱を引き起こし難い微粒子を適宜選択して用いることは、光透過性を維持する上で好ましい。
例えば、光学素子に好ましく用いられる環状オレフィンポリマーを母材として用いる場合、光透過性を維持しながら｜ｄｎ／ｄＴ｜を小さくする微粒子としては、シリカが好ましく用いられる。
また、微粒子の粒子径は光学樹脂用途としての透明性を得るためには１ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることが必要であり、望ましくは１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、さらに望ましくは１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
また、無機微粒子の屈折率としては、１．３以上２．３以下の範囲であることが好ましく、１．５以上１．８以下の範囲であることがより好ましい。
これらの粒子は、それぞれ表面処理をしていてもよく、表面処理方法としては、気相中での処理、ジェットミルで粉砕しながらの処理などが用いることができ、もっとも好ましくは媒体攪拌ミルを用いて表面処理することである。
【００２６】
前記表面処理に用いる表面処理剤は一官能の表面処理剤であり、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉの結合を粒子表面との間に形成するものである。具体的には、トリメチルクロロシラン、トリエチルクロロシラン、タートブチルジメチルクロロシラン、トリメチルシリルアルコールヘキサメチルシラザンを用いる事ができる。また、片末端型の反応性のシリコンオイルも好ましく使うことができる。この様なシリコンオイルとしては信越化学工業（株）製Ｘ−２２−１７０ＤＸなどがある。また、これらの表面処理剤を混合、または重複して用いても良い。一般的なトリメトキシシランなど反応性の官能基が２つ以上である表面処理剤は、未反応の官能基が必ず残り、凝集の原因となる。
【００２７】
溶媒としては、水、エタノール、メタノール、メトキシエタノール、イソプロピルアルコールなどの各種アルコール類、ベンゼン、トルエン、パラフィン、ＭＥＫ、ヘキサン、キシレン、シクロへキサンなどの溶媒を、粒子の分散性や安定性、また、表面処理剤の特性に応じて、単独、あるいは二種類以上混合して、使い分けて用いることが可能である。
【００２８】
表面処理装置の媒体攪拌ミルとは、容器内にメディアとしてビーズを充填し、攪拌されているビーズ中に粒子と媒体からなるスラリーを流し込むことによって凝集粒子を砕いて粉砕、分散する工程を有する装置である。また、スラリーとビーズの分離に遠心分離を用いることが特徴である。このような媒体攪拌ミルとしては、アシザワファインテック（株）製  スターミルＺＲＳ  寿工業（株）製  ウルトラアペックスミルなどがある。遠心分離によるビーズの分離により、超微粒子を一次粒子に近い粒子径まで粉砕することが可能である。この媒体攪拌ミルで用いるビーズとしては、ガラス、アルミナ、スチール、ダイヤモンド、フリント石などを用いることができるが、東ソー株式会社のジルコニア粉末  ＴＺシリーズが好ましい。また、ビーズの粒子径としては０．０３ｍｍから０．３ｍｍ程度のものが好ましい。
【００２９】
微粒子の疎水化度は、以下のように求めることができる。
まず、粉体０．２ｇを５０ｍｌの水に添加して、メタノールをビューレットから、粉体全量が懸濁するまで加える。ここで、加えたメタノールの容量をＶｍｌとするとき、次式（１）から疎水化度を求める。
式（１）：疎水化度＝Ｖ／（５０＋Ｖ）×１００
上記の熱可塑性複合材料に対して、粉体を混練したとき、疎水化度が５０％未満では混練した樹脂は白濁しており光学樹脂としての使用に耐えないものであった。これは、粒子と樹脂との界面のの分離によるものと考えられる。したがって、粉体は疎水化度が５０％以上である事が必要である。
【００３０】
次に、本実施形態に係る熱可塑性複合材料の製造方法について説明する。
熱可塑性複合材料の製造方法としては、まず、火炎法などで作られた粒子に、気相中でシランカップリング剤を噴霧するなどの方法で一次処理する。続いて、上記媒体攪拌ミルを用いて、表面処理剤と共に一次粒子近くまで粉砕を行い、それと共に二次表面処理を行う。一次処理に用いる表面処理剤と二次処理に用いる表面処理剤は同じでも、異なってもよい。これらの操作により、一次粒子に近い状態で表面処理されたスラリーを得ることができる。つづいて、粉体として利用する場合は、減圧下で適切な過熱を行い、溶媒と余分な表面処理剤を取り除く。つづいて、ジェットミルやピンミルで粉砕を行う。これを混ぜ込みたい熱可塑性樹脂とバンバリーミキサーのようなバッチ式混練機、単軸押出機、二軸押出機、連続ミキサーを用いて混練する。スラリー状のまま粒子を直接樹脂に練りこむ場合としては、溶解した樹脂、もしくは、膨潤した樹脂とスラリーをミキサーを用いて混合する。つづいて、用いた溶媒を取り除く。これらの操作により、光学樹脂組成物としての熱可塑性複合材料を得ることができる。
【００３１】
本実施形態によって得られる光学樹脂用粉体は、一次粒子に近い状態で表面処理されており、樹脂中での分散性に優れる。また、粉体として取り出した際も、官能基が一つしかない表面処理剤を用いているために粉砕後の再凝集が起こり難く。混練時の粒子の分散性に優れている。また、一次粒子に近い状態で表面処理されているため、熱履歴を経ても粒子同士が樹脂中で凝集することがなく優れた透明性を保つ。
【００３２】
次に、上記説明した本発明の熱可塑性複合材料から作製される光学素子の製造方法について説明する。
【００３３】
本発明に係る光学素子は、まず、熱可塑性複合材料（熱可塑性複合材料単独の場合もあれば、熱可塑性複合材料と添加剤との混合物の場合もある）が調製され、次いで、得られた調製物が成型されたものである。
【００３４】
熱可塑性複合材料の成型物は、熱可塑性複合材料を成型して得られる。成型方法としては、格別制限されるものはないが、低複屈折性、機械強度、寸法精度等の特性に優れた成型物を得る為には溶融成型が好ましい。溶融成型法としては、例えば、市販のプレス成型、市販の押し出し成型、市販の射出成型等が挙げられるが、射出成型が成型性、生産性の観点から好ましい。
【００３５】
成型条件は使用目的、または成型方法により適宜選択されるが、例えば、射出成型における熱可塑性複合材料（熱可塑性複合材料単独の場合または熱可塑性複合材料と添加物との混合物の場合の両方がある。）の温度は、成型時に適度な流動性を熱可塑性複合材料に付与して成型品のヒケやひずみを防止し、熱可塑性複合材料の熱分解によるシルバーストリークの発生を防止し、更に、成型物の黄変を効果的に防止する観点から１５０℃〜４００℃の範囲が好ましく、更に好ましくは２００℃〜３５０℃の範囲であり、特に好ましくは２００℃〜３３０℃の範囲である。
【００３６】
成型物は、球状、棒状、板状、円柱状、筒状、チューブ状、繊維状、フィルムまたはシート形状など種々の形態で使用することができ、また、低複屈折性、透明性、機械強度、耐熱性、低吸水性に優れる。そのため、本発明に係る光学素子は光学用樹脂レンズとして好適に用いることができ、その他の光学部品としても好適に用いることができる。
【００３７】
本発明に係る光学素子は、上記の製造方法により得られるが、光学部品への具体的な適用例としては、以下のようである。
【００３８】
例えば、光学レンズや光学プリズムとしては、カメラの撮像系レンズ；顕微鏡、内視鏡、望遠鏡レンズなどのレンズ；眼鏡レンズなどの全光線透過型レンズ；ＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＷＯＲＭ（追記型光ディスク）、ＭＯ（書き変え可能な光ディスク；光磁気ディスク）、ＭＤ（ミニディスク）、ＤＶＤ（デジタルビデオディスク）などの光ディスクのピックアップレンズ；レーザビームプリンターのｆθレンズ、センサー用レンズなどのレーザ走査系レンズ；カメラのファインダー系のプリズムレンズなどが挙げられる。
【００３９】
光ディスク用途としては、ＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＷＯＲＭ（追記型光ディスク）、ＭＯ（書き変え可能な光ディスク；光磁気ディスク）、ＭＤ（ミニディスク）、ＤＶＤ（デジタルビデオディスク）などが挙げられる。その他の光学用途としては、液晶ディスプレイなどの導光板；偏光フィルム、位相差フィルム、光拡散フィルムなどの光学フィルム；光拡散板；光カード；液晶表示素子基板などが挙げられる。
【００４０】
これらの中でも、低複屈折性が要求されるピックアップレンズやレーザ走査系レンズとして好適であり、ピックアップレンズに最も好適に用いられる。
【００４１】
ここで、図１を参照しながら、本発明に係る光学素子の用途の一例として、当該光学素子を光ディスク用の光ピックアップ装置に適用する例を説明する。
【００４２】
図１は光ピックアップ装置１の概略構成を示す断面図である。
図１に示す通り、光ピックアップ装置１は光源としての３種類の半導体レーザ発振器ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３を有している。半導体レーザ発振器ＬＤ１は、ＢＤ（又はＡＯＤ）１０用として波長３５０〜４５０ｎｍ中の特定波長（例えば４０５ｎｍ，４０７ｎｍ）の光束を出射するようになっている。半導体レーザ発振器ＬＤ２は、ＤＶＤ２０用として波長６２０〜６８０ｎｍ中の特定波長の光束を出射するようになっている。半導体レーザＬＤ３は、ＣＤ３０用として７５０〜８１０ｎｍ中の特定波長の光束を出射するようになっている。
【００４３】
半導体レーザ発振器ＬＤ１から出射される光（青色光）の光軸方向には、図１中下方から上方に向けてシェイバＳＨ１、スプリッタＢＳ１、コリメータＣＬ、スプリッタＢＳ４，ＢＳ５、対物レンズ１５が順に並んで配されており、対物レンズ１５と対向する位置に光情報記録媒体としてのＢＤ１０、ＤＶＤ２０又はＣＤ３０が配されるようになっている。スプリッタＢＳ１の図１中右方にはシリンドリカルレンズＬ１１、凹レンズＬ１２及び光検出器ＰＤ１が順に並んで配されている。
【００４４】
半導体レーザ発振器ＬＤ２から出射される光（赤色光）の光軸方向には、図１中左方から右方に向けてスプリッタＢＳ２，ＢＳ４が順に並んで配されている。スプリッタＢＳ２の図１中下方にはシリンドリカルレンズＬ２１、凹レンズＬ２２及び光検出器ＰＤ２が順に並んで配されている。
【００４５】
半導体レーザ発振器ＬＤ３から出射される光の光軸方向には、図１中右方から左方に向けてスプリッタＢＳ３，ＢＳ５が順に並んで配されている。スプリッタＢＳ３の図１中下方にはシリンドリカルレンズＬ３１、凹レンズＬ３２及び光検出器ＰＤ３が順に並んで配されている。
【００４６】
対物レンズ１５は、光情報記録媒体としてのＢＤ１０、ＤＶＤ２０又はＣＤ３０に対向配置されるものであり、各半導体レーザ発振器ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３から出射された光をＢＤ１０、ＤＶＤ２０又はＣＤ３０に集光する機能を有している。対物レンズ１５には２次元アクチュエータ２が配されており、当該２次元アクチュエータ２の作動により、対物レンズ１５は図１中上下方向に移動自在とされている。
【００４７】
光ピックアップ装置１における動作・作用を簡単に説明すると、ＢＤ１０への情報の記録時やＢＤ１０中の情報の再生時には、始めに半導体レーザ発振器ＬＤ１が光を出射する。その光は、図１中実線で示す光線Ｌ１となって、シェイバＳＨ１を透過して整形され、スプリッタＢＳ１を透過してコリメータＣＬで平行光にされ、各スプリッタＢＳ４，ＢＳ５及び対物レンズ１５を透過してＢＤ１０の記録面１０ａ上に集光スポットを形成する。
【００４８】
集光スポットを形成した光は、ＢＤ１０の記録面１０ａで情報ピットにより変調されて当該記録面１０ａで反射し、その反射光は、対物レンズ１５、スプリッタＢＳ５及びコリメータＣＬを透過してスプリッタＢＳ１で反射し、シリンドリカルレンズＬ１１を透過して非点収差が与えられ、凹レンズＬ１２を透過して光検出器ＰＤ１で受光される。これにより、ＢＤ１０への情報の記録やＢＤ１０中の情報の再生がおこなわれる。
【００４９】
ＤＶＤ２０への情報の記録時やＤＶＤ２０中の情報の再生時には、半導体レーザ発振器ＬＤ２が光を出射する。その光は図１中１点鎖線で示す光線Ｌ２となって、スプリッタＢＳ２を透過してスプリッタＢＳ４で反射し、スプリッタＢＳ５及び対物レンズ１５を透過してＤＶＤ２０の記録面２０ａ上に集光スポットを形成する。
【００５０】
集光スポットを形成した光は、ＤＶＤ２０の記録面２０ａで情報ピットにより変調されて当該記録面２０ａで反射し、その反射光は、対物レンズ１５及びスプリッタＢＳ５を透過して各スプリッタＢＳ４，ＢＳ２で反射し、シリンドリカルレンズＬ２１を透過して非点収差が与えられ、凹レンズＬ２２を透過して光検出器ＰＤ２で受光される。これにより、ＤＶＤ２０への情報の記録やＤＶＤ２０中の情報の再生がおこなわれる。
【００５１】
ＣＤ３０への情報の記録時やＣＤ３０中の情報の再生時には、半導体レーザ発振器ＬＤ３が光を出射する。その光は図１中点線で示す光線Ｌ３となって、スプリッタＢＳ３を通過してスプリッタＢＳ５で反射し、対物レンズ１５を透過してＣＤ３０の記録面３０ａ上に集光スポットを形成する。
【００５２】
集光スポットを形成した光は、ＣＤ３０の記録面３０ａで情報ピットにより変調されて当該記録面３０ａで反射し、その反射光は、対物レンズ１５を透過して各スプリッタＢＳ５，ＢＳ３で反射し、シリンドリカルレンズＬ３１を透過して非点収差が与えられ、凹レンズＬ３２を透過して光検出器ＰＤ３で受光される。これにより、ＣＤ３０への情報の記録やＣＤ３０中の情報の再生がおこなわれる。
【００５３】
なお、光ピックアップ装置１は、ＢＤ１０、ＤＶＤ２０又はＣＤ３０への情報の記録時やＢＤ１０、ＤＶＤ２０又はＣＤ３０中の情報の再生時には、各光検出器ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して合焦検出やトラック検出をおこなうようになっている。そして当該光ピックアップ装置１は、各光検出器ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３の検出結果に基づいて、２次元アクチュエータ２が半導体レーザ発振器ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３からの光をＢＤ１０、ＤＶＤ２０又はＣＤ３０の記録面１０ａ，２０ａ，３０ａ上に結像するように対物レンズ１５を移動させるとともに、半導体レーザ発振器ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３からの光を各記録面１０ａ，２０ａ，３０ａの所定のトラックに結像させるように対物レンズ１５を移動させるようになっている。
【００５４】
以上の光ピックアップ装置１において、本発明に係る光学素子が、シェイバＳＨ１、スプリッタＢＳ１〜ＢＳ５、コリメータＣＬ、対物レンズ１５、シリンドリカルレンズＬ１１，Ｌ２１，Ｌ３１、凹レンズＬ１２，Ｌ２２，Ｌ３２等に適用されており、これら部材が上記熱可塑性複合材料から構成されている。
【００５５】
本発明を更に詳しく説明するため以下実施例及び比較例を挙げて説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
【実施例１】
【００５６】
［粒子の作成］
実施例１ａ、１ｂは、まず、ＢＥＴ比１００ｍ２／ｇである日本アエロジル（株）製アルミナＣ５０ｇをナスフラスコに入れて減圧下で１２０℃で熱をかけて乾燥する。次に、ナスフラスコ内をアルゴン雰囲気下にする。続いて、信越化学工業（株）製Ｘ−２２−１７０ＤＸを３ｇ加えよく攪拌する。続いて、このナスフラスコを３００度において一時間保持する。この粒子にトリメチルシラノール３ｇとトルエン２５０ｇを加えたスラリー作り、これを寿工業のアペックスミルで０．０５ｍビーズを用いて２０分間周速６ｍ／ｓｅｃで分散させる。つづいて、溶媒をエバポレータで除き、減圧下で乾燥を行った。これにより得られた粉体をピンミルで粉砕して目的の粒子を得た。
比較例１ａは実施例同様にアペックスミルを用いて粒子を粉砕しながら三官能基の表面処理剤を用いて、表面処理をおこなった。。比較例１ｂ、１ｃは前記の実験同様アルゴン雰囲気中で表面処理したものであるが、アペックスミルを用いて粉砕しながら表面処理は行っていない。
【００５７】
［粒子の混練］
上記の方法で製造されたそれぞれの粒子２０ｇをＨＡＡＫＥ社製混練装置を用いて設定温度２００℃、３０ｒｐｍでＺＥＯＮＥＸ３３０Ｒ３６ｇと５分間混練を行い、無機有機複合材料を作成した。これによって得られた樹脂を射出成形することによって、測定用のサンプル（厚さ３ｍｍ）の成形体を得た。
【００５８】
［サンプルの物性測定］
上記の手法で得られた測定用のサンプルを島津製作所製分光光度計ＵＶ−３１５０を用いて５８７．５ｎｍの透過率を測定した。
その結果を表１に示す。
【００５９】
【表１】
2006188665.tif 000003
【００６０】
上記の結果よりわかるように、疎水化度が５０以下であると透過率が急激に下がることがわかる。これは、ＺＥＯＮＥＸ３３０Ｒとの表面層の分離によるものと考えられる。この現象は上記シクロオレフィンポリマーも共通したものであった。また、比較例１ｂ、１ｃからわかるように、ビーズミルを用いて処理しない粒子の透過率はそうではないものと比較して小さいことが分かる。また比較例１ｂから明らかな様に、官能基が多くなると透過率が低くなることがわかる。これは粒子の凝集に由来する光の散乱によるものだと考えられる。
【実施例２】
【００６１】
［粒子の作成］
実施例２は、まず、平均粒子径１６ｎｍのシリカ（ＡＥＲＯＳＩＬ１３０）５０ｇをナスフラスコに入れて減圧下で１２０℃で熱をかけて乾燥する。次に、ナスフラスコ内をアルゴン雰囲気下にする。続いて、信越化学工業（株）製ＨＭＤＳ３を５ｇ加えよく攪拌する。続いて、このナスフラスコを２５０度において一時間保持する。
比較例２は、平均粒子径４０ｎｍのシリカ（ＡＥＲＯＳＩＬＴＴ６００）５０ｇをナスフラスコに入れて減圧下で１２０℃で熱をかけて乾燥する。次に、ナスフラスコ内をアルゴン雰囲気下にする。続いて、信越化学工業（株）製ＨＭＤＳ３を５ｇ加えよく攪拌する。続いて、このナスフラスコを２５０度において一時間保持する。
【００６２】
［粒子の混練］
上記の方法で製造されたそれぞれの粒子２０ｇをＨＡＡＫＥ社製混練装置を用いて設定温度２００℃、３０ｒｐｍでＺＥＯＮＥＸ３３０Ｒ３６ｇと５分間混練を行い、無機有機複合材料を作成した。これによって得られた樹脂を射出成形することによって、測定用のサンプル（厚さ３ｍｍ）の成形体を得た。
【００６３】
［サンプルの物性測定］
上記の手法で得られた測定用のサンプルを島津製作所製分光光度計ＵＶ−３１５０を用いて５８７．５ｎｍの透過率を測定した。
その結果を表２に示す。
【００６４】
【表２】
2006188665.tif 000004
【００６５】
上記の結果より、粒子径が３０ｎｍ以上の粒子を分散する事によっては十分な透過率は得ることが出来ないことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】光ピックアップ装置１の概略構成を示す図面である。
【符号の説明】
【００６７】
１  光ピックアップ装置
１５  対物レンズ（光学素子）
ＳＨ１  シェイバ（光学素子）
ＢＳ１〜ＢＳ５  スプリッタ（光学素子）
ＣＬ  コリメータ（光学素子）
Ｌ１１，Ｌ２１，Ｌ３１  シリンドリカルレンズ（光学素子）
Ｌ１２，Ｌ２２，Ｌ３２  凹レンズ（光学素子）
【図１】
2006188665.tif 000005